聲控燈的設(shè)計與制作哈工大電子技術(shù)課程設(shè)計綜述

1、 HarbinInstituteof Technology 課程設(shè)計說明書（論文） 課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 設(shè)計題目： 聲控燈的設(shè)計與制作 院 系： 航天學院控制科學與工程系 班 級： 班 設(shè) 計 者： 學 號： 指導教師： 劉 英 設(shè)計時間： 2012 年 12 月 哈爾濱工業(yè)大學 哈爾濱工業(yè)大學課程設(shè)計任務(wù)書 姓 名：萬超 院 （系）：航天學院控制科學與工程系 專 業(yè)：自動化 班 號： 1004101 任務(wù)起至日期： 2011 年 12 月1 日至 2012 年 12 月 15 日 課程設(shè)計題目：具有可調(diào)延時、計數(shù)功能的聲控燈的設(shè)計與制作 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求： 1. 話筒接收到一

2、定強度的聲音信號后， LED 發(fā)光二極管發(fā)光，同時計數(shù)器開始計 數(shù)，并且數(shù)字顯示在數(shù)碼管上。 2. 發(fā)光持續(xù)一定時間（延時）后，發(fā)光二極管熄滅，計數(shù)器停止計數(shù)并清零。 3. 發(fā)光持續(xù)時間可調(diào)，計數(shù)器計數(shù)頻率可調(diào)。 4. 當二極管熄滅時，計數(shù)器停止計數(shù)并清零，數(shù)碼管顯示清零。 工作量： 1. 電路設(shè)計與仿真 2. 實際電路連接與調(diào)試 3. 利用示波器觀察信號與電路驗收 4. 完成課程設(shè)計報告 工作計劃安排： 1. 電路設(shè)計與仿真 2. 連接電路并測試 3. 檢測關(guān)鍵點處的信號 4. 完成設(shè)計報告 同組設(shè)計者及分工： 同組設(shè)計者：李朋 劉艾一 分工：共同完成 指導教師簽字 年月日 教研室主任意見：

3、 教研室主任簽字 年月日 *注：此任務(wù)書由課程設(shè)計指導教師填寫。 聲控燈的設(shè)計與制作 1 設(shè)計任務(wù)及原理 1.1 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一個聲控燈，要求如下： 1. 話筒接收到一定強度的聲音信號后， LED 發(fā)光二極管發(fā)光，同時計數(shù)器 開始計數(shù)，并且數(shù)字顯示在數(shù)碼管上。 2. 發(fā)光持續(xù)一定時間（延時）后，發(fā)光二極管熄滅，計數(shù)器停止計數(shù)并清 零。 3. 發(fā)光持續(xù)時間可調(diào)，計數(shù)器計數(shù)頻率可調(diào)。 4. 當二極管熄滅時，計數(shù)器停止計數(shù)并清零，數(shù)碼管顯示清零。 1.2 設(shè)計原理 聲控燈是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號、電信號再轉(zhuǎn)換為光信號的裝置。 輸入部分可由一個駐極體話筒實現(xiàn)。 話筒的高分子極化膜生產(chǎn)時就注入了一 定

4、的永久電荷。在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動，電容是隨聲波變化。于 是電容兩極間的電壓就會成反比的變化。 將電容兩端的電壓取出來， 就可以得到 和聲音對應的電壓了。但是這個電壓信號非常小，不能驅(qū)動 LED 燈。對這個電 壓信號進行放大、整形，才能得到足夠大的電壓。 聲控燈的延時可以由一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路實現(xiàn)。 單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)時間就是 發(fā)光二極管的發(fā)光持續(xù)時間。 用前面經(jīng)放大的電壓作為觸發(fā)脈沖輸送給單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)電路， 會得到一個持續(xù)特定時間的電壓輸出。 這個輸出來驅(qū)動發(fā)光二極管， 就 達到了聲控、發(fā)光的目的。 計數(shù)器部分首先需要一個時鐘源。 時鐘源脈沖可由多諧振蕩器獲得。 將單穩(wěn) 態(tài)電路的輸出

5、與時基脈沖結(jié)合， 控制計數(shù)器的計數(shù)與清零， 就可以使計數(shù)部分與 發(fā)光部分同步工作。 計數(shù)結(jié)果再經(jīng)譯碼輸送給共陽極數(shù)碼管，顯示出來。 2 設(shè)計過程 2.1 聲控燈電路原理： 當駐極體話筒接受到一定強度的聲音信號時， 聲音信號轉(zhuǎn)換為電壓信號， 經(jīng) 三極管放大、施密特觸發(fā)器整形后， 觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)延時電路， 產(chǎn)生一個寬度可調(diào)的 脈沖信號，驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光。同時，該脈沖信號作為選通信號，使計數(shù)器計 數(shù)，并用數(shù)碼管顯示延時時間。電路的流程圖如圖 1 所示： VCC 圖1 2.2 電路設(shè)計 2.2.1 放大電路設(shè)計： 放大電路由兩個三極管實現(xiàn)， 將駐極體話筒采集的聲音信號轉(zhuǎn)換成的電信號 進行放大。 2.2.

6、2 整形電路設(shè)計 整形電路由 555 定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器實現(xiàn)， 放大后的尖峰脈沖經(jīng)整形 2 電路后，得到的波形接近方波，當尖峰脈沖信號大于2Vcc 時，輸出為低電平； 3 1 1 2 當尖峰脈沖信號小于 1Vcc時，輸出為高電平；當尖峰脈沖信號大于 1 Vcc小于 2Vcc 3 3 3 時，輸出為保持原電平。 2.2.3 單穩(wěn)態(tài)延時電路設(shè)計 單穩(wěn)態(tài)延時電路由 555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)， 高電平觸發(fā)， 其中 tw 1.1RC ，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，時間可調(diào)。 2.2.4 時基電路設(shè)計 時基電路由 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器實現(xiàn)， T 0.7( RA 2RB)C ，占空 比為

7、D RA RB 100% 。 RA 2RB 時基電路產(chǎn)生方波， 為計數(shù)器提供時鐘脈沖。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以改 變輸出方波的占空比，進而計數(shù)器的計數(shù)快慢。 2.2.5 計數(shù)譯碼顯示電路設(shè)計 計數(shù)譯碼器顯示電路將根據(jù)單穩(wěn)態(tài)延時電路、 門電路及時基電路決定的主脈 沖給計數(shù)器。計數(shù)器由 74LS90構(gòu)成，譯碼器由 74LS47 構(gòu)成，顯示電路由數(shù)碼 管構(gòu)成。 最終設(shè)計完成的電路如圖 2 所示 圖2 3 對電路圖仿真 根據(jù)以上所述設(shè)計的聲控燈仿真電路如圖 3 所示。 圖3 4 電路搭建 搭建完成的電路如下圖所示 圖4 5 電路檢測與調(diào)試 分別檢測從話筒輸出的波形、 經(jīng)第一級放大后的波形以及經(jīng)過第二級放大后 的波形和第三個 555 定時器產(chǎn)生的方波，示波器顯示分別如下所示。 圖 5 話筒輸出的波形 圖 6 第一級放大后的波形 圖 7 第二級放大后的波形 圖 8 多諧振蕩器輸出地波形 6 設(shè)計總結(jié)與心得 通過這次課程設(shè)計，我了解了聲控燈的原理，體會到了理論知識在 實際生活中的應用， 提高了我學習課程的熱情。 我學會了如何使用面 包